ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Камская государственная инженерно-экономическая академия
Исследование повышающего регулятора постоянного напряжения
Методические указания к лабораторной работе
Набережные Челны
2010
Исследование повышающего регулятора постоянного напряжения: Методические указания к лабораторной работе / Составитель Р.Т. Насибуллин, К.З. Фатыхов - г. Наб.Челны: Изд-во ИНЭКА, 2010.
Рецензент: доцент каф. АиИТ, к.т.н. Заморский В.В.
Печатается в соответствии с решением научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии
Камская государственная
инженерно-экономическая
академия, 2010 г.
Цель работы: Исследования повышающего регулятора постоянного напряжения при работе на активно-емкостную нагрузку.
Краткие теоретические сведения
Импульсные источники напряжения постоянного тока применяются главным образом как стабилизаторы напряжения. В отличие от непрерывных стабилизаторов напряжения импульсные стабилизаторы обладают лучшими энергетическими характеристиками, меньшими массами и габаритами.
Рассмотрим схему повышающего импульсного источника напряжения.
Схема повышающего импульсного источника напряжения приведена на рисунке 1 а.
Рис. 1. Повышающий импульсный источник постоянного напряжения
В этой схеме дроссель включен последовательно с источником питания UП, а диод D – последовательно с нагрузкой.
При включении транзистора VT индуктивность L подключается непосредственно к источнику питания. Ток в индуктивности начинает линейно нарастать, пока из схемы управления не поступит сигнал на запирание транзистора VT.
После запирания транзистора VT избыточная энергия, накопленная в L, через открытый диод D поступает в нагрузку, подзаряжая конденсатор фильтра C. Электромагнитные процессы в схеме показаны на рисунке 1 б.
Исходя из того, что напряжение на нагрузке постоянно, а среднее напряжение на индуктивности за период равно нулю, можно определить среднее напряжение на нагрузке:
γUП = (UН – UП)(1-γ)
откуда
UН = UП / (1-γ) (*)
Регулировочная характеристика повышающего импульсного источника питания, построенная по (*), приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Регулировочная характеристика повышающего импульсного источника питания
К энергетическим характеристикам импульсных источников питания относятся:
- средние и эффективные токи в нагрузке;
- средние и эффективные токи в транзисторе;
- средние и эффективные токи в диоде;
- средние и эффективные токи в источнике питания.
Описание виртуальной лабораторной установки.
Виртуальная лабораторная установка для исследований показана на рисунке 3.
Она содержит следующие основные элементы:
• источник постоянного напряжения (240 В);
• активно-емкостную нагрузку (R, С);
• последовательную накопительную индуктивность (дроссель) (Series LR);
• обратный диод (Diode);
• измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке (I Load);
• измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (V Load);
• блок для измерения среднего значения тока питания (Fourier);
• блок для измерения среднего значения тока нагрузки (Fourier I0)
• блок для измерения среднего значения напряжения на нагрузке (Fourier V0);
• блок для измерения действующего значения тока силового полупровод-никового модуля (RMS T);
• блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope);
• блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока и напряжения силового модуля (Scope 1);
• блок для измерения величины среднего значения тока в цепи питания (Display 1);
• блок для измерения величин средних значений тока и напряжения на нагрузке, а также действующего тока в силовом полупроводниковом модуле (Display);
• силовой транзисторный модуль на MOSFET-транзисторе с обратным диодом (Mosfet);
• импульсный генератор (Pulse Generator) для управления модулем.
Рис. 3. Модель повышающего регулятора постоянного напряжения
Окно настройки параметров силового полупроводникового модуля показано на рисунке 4.
В полях настойки заданы:
• динамическое сопротивление полупроводникового транзистора открытом состоянии в омах (Ron, Ohms);
• индуктивность транзистора в открытом состоянии в генри (Lon, H);
• сопротивление обратного диода в открытом состоянии в омах (Rd);
• начальный ток в модуле;
• параметры демпфирующих цепей (Snubber resistance, Snubber capacitance).
Рис. 4. Окно настройки параметров силового модуля
Параметры генератора задаются в окне параметров (рис. 5). В исследуемой модели установлены следующие параметры генератора:
• период напряжения T0 = 0,001 с. (частота f0 = 1000 Гц);
• амплитуда напряжения – 1 B;
Рис. 5. Окно настройки параметров генератора
Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 6. Для реализации активно-емкостной нагрузки в параллельной R, L, C-цепи в первом и третьем полях (Resistance R, Ohms, Capacitanc С, F) устанавливается значение активного сопротивления в омах и емкости в фарадах, во втором поле (Inductance L, H) – бесконечность (inf).
В окнах настройки параметров блоков Fourier, Fourier I0, Fourier V0 (рис. 3) устанавливается частота равная частоте напряжения генератора (1000 Гц) и номер нулевой гармоники. Окно блока для измерения действующего тока в полупроводниковом модуле показано на рис. 7. В поле окна вводится частота, на которой производится измерение (в данном случае – это частота генератора).
Рис. 6. Окно настройки параметров нагрузки
Рис. 7. Окно блока для измерения действующего тока